利用微波测量与仿真技术表征 HAYSTAC 轴子暗物质搜索腔

许多轴子冷暗物质搜索依赖于可调电磁谐振腔的使用。当前的探测器在微波频率或附近工作，并使用带圆柱形调谐杆的圆柱腔。腔性能强烈影响探测器的信号功率，即使在最优条件下该功率也预期非常小。为了最大化可实现的信号功率，强烈有必要表征这些微波腔并改进其性能。我们给出了一项使用珠扰动测量和详细三维电磁仿真来表征 HAYSTAC(耶鲁轴子冷暗物质灵敏 haloscope)腔的研究结果。这是首次使用珠扰动方法来表征轴子 haloscope 腔。在本研究中，我们测量了约 0.001 in 量级的失准影响，并证明同样的影响可用电磁仿真预测。我们还对工作中使用的 TM$_{010}$ 模与其他腔模之间的模交叉和杂化进行了详细研究。这种混合限制了轴子搜索中可用的腔调谐范围。通过详细表征每个模交叉，我们表明某些模交叉是良性的，并可能仍可用于数据收集。观测到的测量与仿真之间的一致程度表明，有限元建模能够捕捉非理想腔行为以及极小缺陷的影响。三维电磁仿真和珠扰动测量是微波工程界的标准工具，但在轴子腔设计中未得到充分利用。本工作展示了它们增进对现有腔的理解和优化未来设计的潜力。